(57)【要約】      （修正有）【課題】エレクトロウェッティングセル（ＥＷセル）に基づく光変調装置を提供する。【解決手段】変調装置のＥＷセルは、界面により分離される少なくとも２つの流体を含むチャンバ、制御手段によりアクティブにされる電極対を形成する外部電極Ｅ１、Ｅ３及び内部電極Ｅ２、Ｅ３を含む。ここで、少なくとも１つの電極対はチャンバの界面のレベルを制御する。チャンバ内の機能的に互いに独立した内部電極は、チャンバがそれらの電極により２つの制御可能な界面を含む２つの連通部分に分割されるように並列に配設される。ここで、少なくとも一方の連通部分は透明であり且つ光路を形成する。位相変調を行なうために、少なくとも一方の電極対がアクティブにされた場合、界面は、光線束の光路長が初期値と比較して変更されるように互いに変位される。他の種類の変調は、追加の手段を使用して達成される。【選択図】図１ｂ
2010079297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロウェッティングセルのマトリクス構成を有する光変調装置であって、
エレクトロウェッティングセル（ＥＷセル）は、
制御可能な界面により分離される少なくとも２つの流体を含む少なくとも１つのチャンバと、制御手段によりアクティブにされる電極対とを含み、外部電極は、前記チャンバの側壁に配設され、内部電極は前記チャンバ内に配設され、少なくとも１つの電極対が前記界面を制御し、
前記チャンバ内の機能的に相互に独立した前記内部電極は、
前記チャンバがそれらの電極により２つの制御可能な界面を有する２つの連通部分に分割されるように互いに並列に配設され、少なくとも１つの連通部分は、透明であり且つ入射光線束に対する光路を形成し、
前記２つの連通部分の前記界面は、
少なくとも１つの電極対がアクティブにされる場合、透明部分を通過する時に前記光線束における前記光路長が初期値に対して変更されるように相互的な位置を有する
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記光線束における前記変更された光路は、
前記チャンバ（Ｋ）を、位相変調に対して使用されうる相対位相ずれに一致する状態にする
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項３】
前記光路に位置しない前記チャンバ（Ｋ）の部分における毛管効果を強めるために、内部電極（Ｅ３）が外部電極（Ｅ４）に対して所定の傾斜角で配設される、又は外部電極（Ｅ２）が並列に配設される複数の内部電極（Ｅ３）に割り当てられる
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項４】
前記チャンバ（Ｋ）における流体の一つは更に、前記光線束の強度を変更するために染色される
ことを特徴とする請求項３記載の光変調装置。
【請求項５】
流体の一つは、電圧を印加することにより一つに方向付けられる複屈折物質を含み、それと同時に前記方向付けが前記入射光線束の前記光路長を変更し、
前記入射光線束における前記ＴＥ偏光要素及び前記ＴＭ偏光要素の位相が、相互に関連して変調される
ことを特徴とする請求項３記載の光変調装置。
【請求項６】
前記複屈折物質は、
電界又は磁界に依存することにより一つに方向付けられるか、前記チャンバ（Ｋ）の内面を構造化することにより一つに方向付けられるか、又は、前記ＥＷセルの前記入射点において規定された偏光状態があり、検光子（Ｐ２）が前記ＥＷセルの前記出射点に配設される
ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。
【請求項７】
前記界面の前記レベルは、
２つの部分を通過後、当該位相差を有する再合成された光線束により振幅変調を実現するために、各部分で異なる符号であるが同一の絶対値を有する位相差があるように、両方の部分における前記電極対（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）により位置付けられる
ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。
【請求項８】
方向付けされた偏光子のマトリクスの一部が前記入射点に更に配設され、
拡散手段が、振幅変調を達成するべく２つの異なる偏光状態の光線束を更に生成するために、光インテグレータロッド及び検光子に連結して前記ＥＷセルの前記出射点に配設される
ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。
【請求項９】
前記エレクトロウェッティングセルの前記チャンバ（Ｋ）は、光変調するために、マッハツェンダー干渉計の原理に従うように設計され、
前記チャンバ（Ｋ）の前記透明部分（ＴＢ）は、前記界面を平坦にする手段を含む
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項１０】
前記チャンバ（Ｋ）は、
界面を有する２つの連通部分を含み、
一方の連通部分は、
光路内に位置し、
他方の連通部分は、
光を透過せず、位相変調に対する相対位相ずれに対応して通過する光線束の前記光路長の変化が起こるように前記光路内に位置する界面が移動されるべく、少なくとも１つの電極対により制御される
ことを特徴とする請求項９記載の光変調装置。
【請求項１１】
前記光路内に位置する前記チャンバ（Ｋ）の前記２つの部分は、単一の電極対により制御される場合、振幅変調を実現する
ことを特徴とする請求項９記載の光変調装置。
【請求項１２】
単一のＥＷセルを形成する同一のチャンバを更に連結し、
電極対は更に、複素変調を実現するべく、各チャンバにおいて生じる前記相対位相ずれに加えて、前記光線束における追加の位相ずれを達成するために、前記光路に位置する前記２つのチャンバ（Ｋ１、Ｋ２）の隣接部分の前記界面を相互に独立して移動する
ことを特徴とする請求項１０記載の光変調装置。
【請求項１３】
前記マッハツェンダー干渉計は、各々が３つの流体を含み、且つ相互に独立した制御可能な２つの隣接するチャンバ（Ｋ３、Ｋ４）により前記ＥＷセル内に実現され、
前記制御手段により制御される場合、前記流体の前記界面は、各チャンバ（Ｋ３、Ｋ４）内に共面プレートを形成し、
前記共面プレートは、
前記通過する光線束の前記光路長を変更し且つ複素変調を実現するために、隣接チャンバと異なる傾斜角を示す
ことを特徴とする請求項９記載の光変調装置。
【請求項１４】
入射光線束の複素変調のために、複屈折物質である第３の流体と、別の構成の電極対とを更に含み、
電極対の一方の構成は、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との間の前記相対位相を変調し、前記別の構成の電極対は、前記全位相を変調する
ことを特徴とする請求項６記載の光変調装置。
【請求項１５】
出射平面波面を取得するために、マイクロレンズ（Ｍ）が前記ＥＷセルの出射点に配設され、
前記レンズの開口部は、前記出射光線束の前記横断面と一致する
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光を変調する変調器マトリクスを有する変調装置に関する。変調器マトリクスは、エレクトロウェッティング（electrowetting）原理に従って動作するセルの配列を含む。エレクトロウェッティングセルは、制御可能な界面により分離される少なくとも２つの不混和の流体を含む少なくとも１つのチャンバと、制御手段によりアクティブにされる内部電極及び外部電極を含む電極対とを含む。外部電極はチャンバの側壁に配設され、内部電極はチャンバ内に配設される。少なくとも１つの電極対は界面を制御する。
【０００２】
本発明の応用例の分野は、例えば、複数の物点から構成される３次元物体（３Ｄ物体）を再構成するために使用されるホログラフィックディスプレイ等のホログラフィック表示装置を範囲に含む。そのようなホログラフィックディスプレイは、複数の観察者が同一の３Ｄ物体を同時に表示されるように設計されるか、あるいは複数の観察者が互いに依存せずに個々に選択した異なるプログラムを同時に見れるように設計される。
【背景技術】
【０００３】
実際の要求輪郭形状に従って、変調装置は、変調器マトリクスのセルにおいてほぼコヒーレントな光の位相又は振幅を変調する変調器マトリクスを含む。更に、入射コヒーレント光の振幅及び位相の双方を同時に変調できるようにするために、二重変調器を形成するように２つの変調器マトリクスを組み合わせる従来技術が知られている。複素値による変調を実現するそれらの装置により、例えば、ホログラフィックディスプレイにおける物体再構成が生成される時により適切な結果が達成可能になる。しかし、そのように組み合わされた装置において、相互に割り当てられた変調器セルは、例えば、３次元物体を再構成する時に再構成エラーの原因となる無視できない光軸に沿うオフセット又は光軸に垂直なオフセットを有する。
【０００４】
この悪い副作用は、制御可能なエレクトロウェッティングセル（ＥＷセル）を組み込むことにより克服される。ＥＷセルは、変調器装置の変調器マトリクスに追加又はその代わりに使用可能である。ＥＷセルは、短い切り換え時間を実現できるという利点を更に有している。
【０００５】
ＥＷセルは、制御電極と接続されるチャンバの形態で設計されるのが好ましい。このセルは、屈折率の異なる少なくとも２つの不混和の流体で満たされる。１つの流体は導電性媒体である。流体間の界面（メニスカス：meniscus）は、例えば、印加された電圧の影響下で光線束を偏向又は投影するプリズム又はレンズの形態となる。
【０００６】
要求される界面の形状及び位置を得るために、例えば、大量の流体がＥＷセルからＥＷセルと連通している他の空間に移動される。そのような変位は、例えば、ＥＷセルと接続されるポンプ又は少なくとも１つの流体において毛管効果（capillary effect）を起こす手段により行なわれる。
【０００７】
ＥＷセルを有するそれらの変調器装置は、特定の応用例に適するように設計される。一般に変調器装置は、変調器として使用される場合は光の１つの特性のみを変調する。
【０００８】
特許文献１において、スキャナに関するＥＷセルを有する切り換え可能な光学素子が提案される。ここに提案される切り換え可能な光学素子は、２つの流体及び波面変更器を含む。流体量が、例えば、環状チャンバに移動される。波面変更器は、位相変調に対して異なる表面形状構造を有する。波面変更器の表面形状は、印加される電圧に依存して第１の流体又は第２の流体により埋め込まれる。第１の流体及び第２の流体は異なる屈折率を有する。フレネル帯レンズの屈折効率は、一定の格子周期及び実際の屈折率のずれに依存する。埋め込み材料の屈折率が変化する場合、非回折光と回折光との比及び焦点の光度は変更される。従って、焦点は連続的に変更されない。個々の波長（ＣＤ：７８０ｎｍ、ＤＶＤ：６５０ｎｍ、ブルーレイ：４０５ｎｍ）に対する焦点は、異なる深度にある。
【０００９】
波面変更器により、ＥＷセルは、種々の波長に対して回折構造を最適化するために回折構造の位相ずれを変更できる。これは、異なる別個の深度で媒体に格納される情報を迅速に走査するために使用可能である。しかし、この構成は可変深度を有する３次元物体の物点を再構成するのに適さない。
【００１０】
更に、非特許文献１において、変更されたマッハツェンダー干渉計（ＭＺ干渉計）における光変調に対する流体の使用について説明する。
【００１１】
従来のＭＺ干渉計は、通常、光線束を２つの空間的に離間された成分に分割し、２つの成分間で位相ずれを起こす。これは、例えば、対象とする位相変調に対して使用される。非特許文献１によるＭＺ干渉計において、光線束は開口分割法により分割される。光線束は、伝播方向に直角に配設される毛細管を含む２つの単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）の終端間を伝播する。流体と空気との間のメニスカスは、毛細管において作成される。ここで、そのメニスカスの形状及び位置は毛細管を通過する光線束に影響を及ぼす。光線束の一部分が空気中を伝播する一方、別の部分が流体中を伝播するため、光路差が発生し、ビームの２つの部分はある位相ずれで再合成される。この位相ずれは、光線束の透過率が変更される原因となる。透過率は、中心のメニスカスで最低となる。メニスカスが光線束の中心から遠くに移動する程、透過率は高くなる。メニスカスの位置はエレクトロウェッティング効果により調整可能であり、それにより高速な変調が可能になる。
【００１２】
この構成の欠点は、使用される個々の材料、すなわちシリコン、空気、水、空気、シリコンの間の境界面における光の反射に起因する光の損失が起こることである。光の伝播の方向に直角なメニスカスの配置により、波面は変形され、それによりホログラフィック表示装置における光の振幅変調又は位相変調に対するその解決策の適用は不可能ではないが困難になる。この構成を用いてエラーのない物体の再構成を取得することは不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０２７４９０Ａ１号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ch. Grillet et al. describe in "Optofluidics enables compact tuneable interferometer" , published on 1 Feb 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ここで、本発明は、入射光の複素値である位相又は振幅、あるいはその双方を同時に変調できるセル部分を有するエレクトロウェッティング原理に基づく光変調装置を提供することを目的とする。セル部分は、単純な設計で高速切り替えができ、それらのセル部分を配列として連続生産で製造できる。更に光変調装置は、装置が３次元物体の再構成のためのホログラフィック表示装置において使用されるように、変調された光が平面波面を形成するように設計される。
【００１６】
光変調装置は、エレクトロウェッティングセルのマトリクス構成に基づくものである。ここで、エレクトロウェッティングセル（ＥＷセル）は、界面により分離される少なくとも２つの流体を含む少なくとも１つのチャンバと、制御手段によりアクティブにされる電極対とを含む。外部電極はチャンバの側壁に配設され、内部電極はチャンバ内に配設される。少なくとも１つの電極対は、チャンバ内の界面のレベルを制御する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、この目的は、光変調装置により解決される。この光変調装置において、
チャンバ内の機能的に相互に独立した内部電極は、チャンバがそれらの電極により２つの制御可能な界面を有する２つの連通部分に分割されるように互いに並列に配設され、少なくとも１つの連通部分は、透明であり且つ入射光線束に対する光路を形成し、
２つの連通部分の界面は、少なくとも１つの電極対がアクティブにされる場合、透明部分を通過する時に光線束の光路長が初期値に対して変更されるように相互的な位置を有する。
【００１８】
入射光線束の種々の変調を達成できるように、チャンバは上カバープレート及び下カバープレートに設けられており、それらのカバープレートは光路中に透明部分を有する。ＥＷセルの各側壁は外部電極を割り当てられるのが有利であり、その外部電極により、電圧が印加された時に起こる温度の上昇が補償される。
【００１９】
ＥＷセルの第１の実施形態によれば、チャンバを出射する光線束の光路長の変化が相対位相ずれと一致する位相変調が達成される。これは、内部電極が外部電極に対して所定の傾斜角で配設され、それにより電極対を形成する構成を使用して実現される。
【００２０】
相対位相ずれに対する別の実施形態によれば、１つの外部電極は１つの内部電極だけでなく、並列に配設される複数の内部電極にも割り当てられる。これにより、光路に位置しないチャンバの部分における流体の毛管効果が向上されるため、界面のレベルがより迅速に変位される。
【００２１】
振幅変調に対する第１の実施形態によれば、同一の構成要素及び構成は、位相変調に係わる第１の実施形態に対して説明したように使用される。しかし、光線束の輝度に影響を及ぼすために、チャンバ内の１つの流体は染色される必要がある。光路における光線束の光路長の相対変化に加えて、光線束の輝度が変更され、それにより振幅変調を実現する。
【００２２】
染色した光吸収流体及び透明流体の双方が所定の波長に対して同一の屈折率を有する場合、変調されるのは位相ではなく振幅のみである。
【００２３】
振幅変調を実現するための第２の実施形態によれば、チャンバ内の１つの流体は、電圧が印加された場合に少なくとも１つの部分において方向付け（orientation）される複屈折材料を含む。それと同時に、入射光線束の２つの偏光成分、すなわちＴＥ成分及びＴＭ成分の相対位相が変調される。印加された電圧は、透明部分における界面のレベルを変更し、それにより、光線束の光路長を変更する。一般にこの変化の絶対値は、相対位相の変化の絶対値より大きい。
【００２４】
複屈折材料の方向付けに影響を及ぼすために、複数の手段が適用可能である。
【００２５】
一方では、複屈折材料はチャンバに作用する電界又は磁界において方向付けされる。このため、複屈折材料は電気又は磁気双極子モーメントを有する必要がある。もう一方では、複屈折分子を方向付けするために、チャンバの内面が構造化される。例えば、付着した液晶の方向付けを行なうテクスチャは、カバープレートの内部、光学的にアクティブな部分の側壁の内部の少なくともいずれかに適用される。
【００２６】
更に、偏光状態は、ＥＷセルの入射点において規定される必要があり、検光子は、出射点に配設される必要がある。この必要条件は、例えば、エレクトロウェッティングセルの前方及び後方の双方に配設される偏光フィルタ（polarisation filter）により満たされる。
【００２７】
２つの光線束がＥＷセルの外側で再合成された後に振幅変調を実現するために、各部分で異なる符号であるが同一の絶対値を有する位相差があるように、界面のレベルは双方の部分の電極対により調整される。
【００２８】
位相が変調された２つの光線束に必要な再合成は、変調素子の出射口の光インテグレータロッド、すなわちＥＷセルを使用して行なわれる。光の均質化に必要な光インテグレータロッドの長さは、僅かに拡散する表面により、あるいは光インテグレータロッドの入射点の回折、屈折光学素子の少なくともいずれかにより縮小される。拡散面は、好ましくは光インテグレータロッドの出射口に更に提供される。
【００２９】
入射光線束の複素変調に対する一実施形態によれば、装置は、異なる屈折率を有する追加の第３の流体を含むチャンバと、電極対の別の構成とを含む。電極対の１つの構成は、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との間の相対位相を変調し、電極対の他の構成は、全位相を変調する。３つの流体のうち少なくとも１つが複屈折物質である。検光子が下流側に存在するため、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との間の相対位相は光線束の振幅と一致する。
【００３０】
本発明の更に別の実施形態によれば、エレクトロウェッティングセルのチャンバは、マッハツェンダー干渉計の原理に従うように設計される。
【００３１】
マッハツェンダー構成は、ＥＷセルにおける振幅変調に対する第３の実施形態を表す。このため、チャンバの２つの部分は透明である。
【００３２】
２つの部分の間の界面は、光線束がそれらの部分の２つの異なる光路長を通過するように少なくとも１つの電極対をアクティブにすることにより調整される。それらの２つの部分内の光路長が初期値に対して変化すると、結果として光線束の間に相対位相差を与える。
【００３３】
異なる符号の同一の絶対値における位相差が各部分において与えられるように、電極対が２つの部分における界面のレベルを調整する場合、光線束は、再合成後に振幅変調を示す。振幅値は、ゼロ〜最大輝度の範囲の任意の値に調整可能である。
【００３４】
更に、ＥＷセルのマッハツェンダー構成は位相変調に対して使用される。このため、チャンバは、界面を有する２つの連通部分を含む。一方の連通部分は光路内に位置し、他方の連通部分は光を透過しない。非透過部分は、位相変調に対する相対位相ずれに対応して通過する光線束の光路長の変化が起こるように光路中に位置する界面が移動されるべく、少なくとも１つの電極対により制御される。
【００３５】
更に複素変調に対する第１の実施形態は、マッハツェンダー構成に基づく。
【００３６】
マッハツェンダー構成を有する全く同様に設計された２つの隣接チャンバは、１つのＥＷセルを形成するように機能的に結合されるのが好ましい。２つのチャンバの２つの隣接部分は光路中に位置する。
【００３７】
更に電極対は、複素変調を実現するように各チャンバにおいて起こる相対位相ずれに加えて光線束の追加の位相ずれを達成するために、光路に位置する２つのチャンバの隣接部分の界面を相互に独立して移動する。
【００３８】
電極対は、制御手段によりアクティブにされる時に各チャンバの部分の界面を移動し、通過する光線束の光路長を相互に独立して変更する。それらの２つの光線束が２つのチャンバを通過後にそれらの光線束の集合として形成される光線束は複素変調される。
【００３９】
複素変調に対する第２の実施形態によれば、マッハツェンダー干渉計は、各々が３つの流体を含み且つ相互に独立した制御可能な２つの隣接チャンバによりＥＷセルにおいて実現される。通過する光線束を複素変調するために、各チャンバの流体の界面は、制御手段により制御される場合、隣接チャンバにおいて異なる傾斜角を示す共面プレートを形成する。
【００４０】
３Ｄ物体のホログラフィック再構成に対する平面波面を取得するために、透明部分は界面を平坦にする手段を含むことができる。例えば、周囲の電極は、制御電圧が界面と側壁との間に９０°の接触角を生成する透明部分に配設される。
【００４１】
ＥＷセルの透明部分内の側壁の表面は、平面界面を得るために被覆されるのが好ましい。
【００４２】
出射平面波面を取得するために、マイクロレンズは、例えば、ＥＷセルの出射点に配設される。レンズの開口部は、出射光線束の横断面と一致する。
【発明の効果】
【００４３】
ＥＷセルの流体間における所定の界面を可変に調整する毛管力を利用する本発明のＥＷセルに基づく変調器装置は、従来の光変調装置と比較して多くの利点を達成する。個々のＥＷセルは、単純な設計であり且つ非常に小さい。それらのＥＷセルに移動される必要のある最小量の流体により、界面の形状及び位置の少なくともいずれかは、非常に迅速に変更可能になる。単純な設計のため、ＥＷセルは、いくつかのサイズの配列の形態で安価に連続生産で製造されうる。実際の応用例に応じて、複数の材料の組合せが流体として利用可能である。これらの利点により、多くの技術分野において、ＥＷセルはコヒーレントな光線束の位相、振幅又は複素値を変調するために適用可能になる。それらのＥＷセルは、特に、大量の個々の物点により表される３次元物体を再構成するホログラフィック表示装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１ａ】コヒーレントな光線束の位相変調を行なうためのＥＷセルの２つの実施形態を示す図である。
【図１ｂ】コヒーレントな光線束の位相変調を行なうためのＥＷセルの２つの実施形態を示す図である。
【図２】振幅変調を行なうためのＥＷセルの一実施形態を示す図である。
【図３】光線束を変調するためのマッハツェンダー干渉計に基づくＥＷセルの一実施形態を示す図である。
【図４】図３に係わる振幅変調を行なうためのＥＷセルの一実施形態を示す図である。
【図５】図３に係わる複素変調を行なうためのＥＷセルの一実施形態を示す図である。
【図６】共面プレートが複素変調を行なうためにマッハツェンダー構成で形成される一実施形態を示す上面図である。
【図７】分割された光線束を再合成する構成と共に図５に係わる一実施形態を示す図である。
【図８】複素変調を行なうためのＥＷセルの更なる実施形態を示す図である。
【図９ａ】図１ａの変形例を示す図である。
【図９ｂ】図１ａの変形例を示す図である。
【図１０ａ】図４の変形例を示す図である。
【図１０ｂ】図４の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
次に、実施形態を使用して、本発明に係わる光変調装置について更に詳細に説明する。添付の図面は概略断面図である。
【００４６】
図６以外の全ての図は、本発明を理解するのに不可欠な全ての詳細を含んでＥＷセルを単純化して概略的に示す正面図である。多くのそれらのＥＷセルは、光変調のための配列を形成するために、マトリクスで構成される。本発明に係わる装置の更なる不可欠な構成要素は、制御手段によりアクティブにされる複数の電極対である。追加の構成要素は、変調の種類に応じて必要となる場合もある。
【００４７】
各ＥＷセルは、内部電極及び外部電極を有するチャンバを含む。ここで、内部電極は透明であるのが好ましい。屈折率が異なる少なくとも２つの不混和の流体は、界面により分離される。流体は、液体、ゲル又は気体の媒体であってもよい。２つの隣接する流体のうち一方の流体は、常に導電性であるため電極により制御可能である。光の伝播の方向に見られるように、第１の流体は導電性流体であり、規定された電位により特徴付けられる。例えば、この電位は、カバープレートの内部に印加される。導電性流体に面するカバープレートの側面は、例えば、透明電極により被覆される。
【００４８】
光路の界面のレベルの変化は、チャンバの導電性流体の充填レベルの変化として理解される。この変化は、１又は複数の電極対をアクティブにすることにより達成される。光線束の光路は、常にチャンバの透明部分を通過する。入射光線束の光路は、矢印により示される。
【００４９】
図１ａは、ＥＷセルのチャンバを正面断面図で示す。チャンバは、外部電極Ｅ１及びＥ４を含む側壁と、上カバープレートと、下カバープレートとを含む。上カバープレートが透明である一方、下カバープレートは透明部分及び非透明部分を有する。２つの内部電極Ｅ２及びＥ３の構成は、一方の側壁から反対側の側壁に延出し、チャンバを２つの部分に分割する。２つの部分の流体は連通している。電極対Ｅ１及びＥ２により制限される部分は、光路中にあり且つ光学的にアクティブな部分を表す。カバープレートの非透明部分は、光線束が他方の部分に入るのを防止する。ここで、内部電極Ｅ３は、外部電極Ｅ４に対して所定の傾斜角で配設される。電極Ｅ３及びＥ４は、制御可能な電極対を形成する。傾斜角は２つの電極間の隙間を狭くし、それにより、２つの電極間の毛管効果を強める。
【００５０】
図１ｂにおいては、図１ａの電極対Ｅ３、Ｅ４に置き換えて、並列に配置される複数の電極Ｅ３が配設される。全ての電極には、同一の電圧が印加される。印加された電圧に応じて、電極Ｅ３間における界面のレベルは連続的に変更され、それにより、光路中の界面のレベルを変更する。
【００５１】
図１ａ及び図１ｂの光路中における界面の位置が変化すると、例えば、透明部分の光学的に更に密な流体の部分が増加し、初期値に対して光線束の光路長を変更する。チャンバを通過した後、光線束は光路長の変化に応じて所定の位相ずれを示す。図１ａ及び図１ｂにおいて、矢印は、入射光線束の伝播の方向を示す。
【００５２】
ＥＷセルの各側壁は、外部電極を割り当てられるのが好ましい。温度の変化は、接触角に影響を与え、それにより、流体間の界面の曲率に影響を及ぼす。印加された電圧がそれに従って制御される場合、温度が変化する場合であっても、界面の曲率は一定に、好ましくは平面に維持される。
【００５３】
染色された流体が使用される場合、図１ａ及び図１ｂに示すＥＷセルは振幅変調に対しても使用可能である。染色された流体は、例えば、光吸収油（light-absorbing oil）であってもよい。通過する光線束の輝度は、チャンバの染色された流体の調整レベルに応じて変化する。
【００５４】
導電性流体が複屈折物質である場合、図１ａ又は図１ｂに係わるＥＷセルは、振幅変調に対しても使用可能である。
【００５５】
図２に示す実施形態は、図１ｂのＥＷセルに基づくが、第１の流体は、複屈折物質である。更に、ＥＷセルは、偏光子Ｐ１及び検光子Ｐ２を含む偏光フィルタ等の偏光構成要素を光入射側及び出射側に含む。それらの偏光構成要素により生成される光線束の偏光の方向は、矢印により示される。
【００５６】
チャンバ又はＥＷセルの入射側の偏光子Ｐ１は、例えば、線形、円形又は楕円形である入射光の偏光を規定する。入射光がチャンバに入射した時に規定された偏光を既に有する場合、その偏光子は不必要になる。チャンバ又はＥＷセルの出射側の検光子Ｐ２は、任意の向きに方向付けされる。ＥＷセルは、光がセルの無通電状態で複屈折流体を越えて直線偏光を有するように設計されるのが好ましい。検光子Ｐ２の方向付けは、透過率が最小になるように選択される必要がある。これは、ＥＷセルに不具合が発生した場合に永続的に暗いセルが永続的に明るいセルよりも妨害しないという利点を有する。
【００５７】
上述のように、入射光線束は、位相ずれを与えられる。チャンバの底壁及び側壁の少なくともいずれかの構造化表面、あるいは電界又は磁界は、複屈折流体を方向付けする。偏光子は、例えば、入射偏光を規定できる。これは、光の偏光のＴＥ成分及びＴＭ成分の合計として見られる。ＴＥ成分及びＴＭ成分は、互いに直交する成分である。
【００５８】
一般に、チャンバの光路長に変化が生じ、その変化の絶対値は相対位相の変化の絶対値より大きい。
【００５９】
例えば、少なくともチャンバの透明部分に印加される電界により複屈折流体が方向付けされると、偏光光線束のＴＥ成分及びＴＭ成分に対して異なる光路長が与えられる。透明部分における界面のレベルが変化すると、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との間の相対位相が変化し、それにより、それら２つの成分の合成結果として得られる偏光状態に変化をもたらす。検光子Ｐ２が規定された偏光状態の光線束のみを通過させるため、検光子Ｐ２の前の偏光状態の変化は、検光子Ｐ２の後に観察される透過率の変化と一致する。
【００６０】
チャンバの透明部分における複屈折流体のレベルの変化を引き起こすために電圧を印加することにより、検光子の後で振幅変調が起こる。
【００６１】
図１ａ、図１ｂ、図２のＥＷセルは、光軸が光路中に位置し且つエレクトロウェッティングセルの対称軸を形成するように実現される。ＥＷセルの透明部分は、例えば、複数のポンピングチャンバ（pumping chamber）又は周囲のポンピングチャンバに囲まれる。
【００６２】
図３は、マッハツェンダー干渉計の原理に基づき且つ振幅及び位相変調、並びにコヒーレントな入射光線束の複素値による変調を行なうように設計されるＥＷセルの一般的な一実施形態を示す。
【００６３】
マッハツェンダー構成を有するＥＷセルは、この例においては矩形の横断面を有し、側壁、上カバープレート、下カバープレートを含む。ＥＷセルのチャンバは、電極対Ｅ１及びＥ２の構成により、好ましくは、２つの不混和の流体が連通している同一の大きさの２つの部分に分割される。流体は界面により分離される。少なくとも一方の部分の電極対をアクティブにすることによる界面のレベルの変化は、他方の部分の界面のレベルに影響を及ぼす。光線束の所望の種類の変調に応じて、チャンバの少なくとも一方の部分は透明な光学的に効率的な光路として設計される。第１の流体のレベルの上昇又は下降及び界面の位置の変化により、光路を範囲に含む時の光線束の光路長が変化する。
【００６４】
位相変調エレクトロウェッティングセルを得るために、図３においてチャンバの一方の部分のみが入射光線束を透過する必要がある。２つの電極対Ｅ１及びＥ２がアクティブにされる場合、流体間の界面は、双方の部分において、特に、相互に変位される。ここでは、電圧変化は界面の変位に等しい。変位により透明部分における光線束の光路長が変化するため、光線束には位相ずれが与えられる。
【００６５】
透明部分において、界面がその部分において平面であることを意図する場合、すなわちメニスカスが起きない場合、電圧は一定である。しかし、例えば、非透明部分を取り囲む電極対が代わりにアクティブにされ、位相変調を行える。
【００６６】
更に、チャンバの双方の部分を透明に維持でき、双方の部分において電圧変化を起こせる。これは、「プッシュプルモード」とも呼ばれる。エレクトロウェッティングセルを通過する光線束の光路長は、所望の位相ずれを起こすように互いに変更される。２つの部分の界面が平面でない場合、追加の位相効果が発生する。そのような設計のＥＷセルは、１ｍｍ未満の直径の小さな開口部を作成するのに適する。ここで、その位相効果は無視できる。この種のＥＷセルにより、より速い再生速度が達成可能になる。
【００６７】
図４によれば、ＥＷセルの双方の部分は、位相変調を行なうために透明である。２つの電極対Ｅ１及びＥ２を含む電極の構成は、同一の絶対値の位相ずれが界面を変位させることにより２つの部分で実現されるように制御手段によりアクティブにされる。しかし、絶対値は２つの部分において反対の符号を有する。ここで、入射光線束が入射する第１の流体は、第２の流体より大きな屈折率を有する。位相ずれは、被制御変数である場合、輝度が印加される電圧に依存して完全な合成と消光との間の範囲で上下する原因となる。達成される相対位相ずれは、Δφにより特徴付けられる。
【００６８】
複素変調又は位相変調は、並列に配設され且つ各々がマッハツェンダー構成を有する２つのチャンバＫ１及びＫ２を含むＥＷセルにより実現可能である。この組合せを図５に概略的に示す。
【００６９】
組み合わされたＥＷセルの各外側部分は、例えば、上カバープレート及び下カバープレートの黒い領域により光を透過しない。光線束は、隔壁により分離されるチャンバＫ１及びＫ２の２つの内側透明部分を通過する。これらの部分において、界面のレベルは、個別に制御可能な電極対により、初期レベルから異なる対象レベルに互いに独立して位置付けられる。異なるレベルの組合せにより、光線束は２つの光路中の異なる光路長を範囲に含むことになる。これは、異なる位相ずれがチャンバＫ１及びＫ２の各々において起こることを意味する。ＥＷセルを通過後、２つの光線束は再合成され、複素変調される。光の電磁界の複素変調は、２つの光線束に共通の位相の変調及び２つの光線束の間の位相差の変調、すなわち、相対位相ずれΔφにより規定される。
【００７０】
図６は、マッハツェンダー構成に基づく複素変調に対する一実施形態を示す。ここで、ＥＷセルは、各々が３つの流体を含む個別に制御可能な２つの隣接チャンバＫ３及びＫ４を含む。双方のチャンバは、光学的に有効な透明部分を表す。チャンバ内の２つの隣接する流体は不混和性である。
【００７１】
チャンバＫ３及びＫ４の各々の界面は、それらの界面が同一の傾斜角を示し且つ中央に位置する流体が共面プレートを形成するように制御手段（不図示）により制御される。２つの制御信号は、チャンバＫ３及びＫ４の各々がそれに従って界面を制御するのに必要とされる。
【００７２】
一方のチャンバの共面プレートは、他方のチャンバとは異なる傾斜角を有するように調整される。１つの共面プレートの傾斜角の変化は、チャンバの光線束の光路長の変化及び従って位相ずれに一致する。チャンバＫ３及びＫ４から出射した後、位相差を有する光線束は、複素変調を達成するように合成される。結果として得られる振幅は、２つの透明領域の間の相対位相差Δφを使用して規定される。合成された光線束の位相は、双方の電極対をアクティブにし、２つの隣接部分の光路長を同等に変更することにより、結果として得られる振幅値を変えずに変更される。従って、２つの合成された光線束の相対位相は変更されない。これにより、光線束の複素変調は達成可能になる。
【００７３】
図７は、図５に示すマッハツェンダー構成に基づく複素変調のための別の構成を示す。ここでも、ＥＷセルは、各々が光路中に位置する２つの隣接する透明部分において調整可能な界面を有する２つの別個のチャンバＫ１及びＫ２を含む。組み合わされたＥＷセルの外側部分は、光を透過しない。
【００７４】
チャンバＫ１の部分における界面は、それらのチャンバの各電極対を個別にアクティブにすることにより、近傍のチャンバＫ２の界面に依存せずにある特定のレベルに調整される。２つのチャンバＫ１及びＫ２の透明部分における界面の調整変位は、光線束がＥＷセルから出射した後、光線束が範囲に含む光路長が異なる原因となる。これは、カバープレートを越える光線束を表す矢印の互い違いの構成により示される。２つの光線束の集合として形成される光線束は、複素変調される。
【００７５】
図７に示すように、変調ＥＷセルを出射した後、２つの光線束は、それらを再合成する２つのマイクロレンズの伸縮自在な構成に入射する。拡散体は、第１のレンズの焦点に配設される。この材料は、光軸上に開口部を有するのが好ましい。第２のレンズが第１のレンズより長い焦点距離を有する場合（ｆ１＜ｆ２）、この構成は、光線束の横断面を拡大する（拡大因子Ｖ＝ｆ２／ｆ１）。ＥＷセルのマトリクス構成において、これは、複素変調ＥＷセルの充填因子を向上できる。目的をもって大きさが決定される個々のＥＷセルのアポダイゼーションプロファイルｔ（ｘ，ｙ）は、０．７を越える充填因子ＦＦ（＞０．７）と共に、入射光線束の望ましくない回折次数を抑制するのに非常に適する。特に、生成された可視領域に近接して位置する目に入射する回折次数が抑制される。従って、マトリクス構成を通過後における光線束の横断面の拡大は好ましい。
【００７６】
図８は、図２に示すＥＷセルに基づく複素変調に対するＥＷセルの別の実施形態を示す。
【００７７】
図２と異なり、チャンバＫは、第１の流体及び第２の流体に加えて、希食塩水等の異なる屈折率ｎ３を有する第３の流体を含む。３つの流体のうちの１つは、複屈折物質である。ここで、複屈折物質は、屈折率ｎ１を有する第１の流体である。第２の流体は、屈折率ｎ２を有する油等の非導電性である。
【００７８】
電極対Ｅ１及びＥ２、単一の電極Ｅ３を含む電極構成に加えて、電極対Ｅ４及びＥ５、単一の電極Ｅ６を含む別の電極構成がチャンバＫに提供される。２つの電極対Ｅ１及びＥ２、Ｅ４及びＥ５は、チャンバＫの透明部分を制限し、それらがアクティブにされた場合に隣接する流体の間に共面界面を生成する。平面界面は、ホログラフィック再構成に対して平面波面を作成するために必要とされる。従って、例えば、ＥＷセルの側壁に複数の電極を配設することは有利である。
【００７９】
別の実施形態において、電極Ｅ３及びＥ６は、図１ａに詳細を示すような構成により置換できる。
【００８０】
偏光子Ｐ１及び検光子Ｐ２は、入射光及び出射光の偏光状態を規定する。矢印により示されるようにチャンバの下部分に入射する光線束は、電極Ｅ３がアクティブにされる場合、第１の複屈折流体により相対位相ずれを与えられる。これは、位相ずれがＴＥ成分及びＴＭ成分に対して異なることを意味する。相対位相ずれは、検光子Ｐ２と共に、光線束がＥＷセルを出射する時の振幅を規定する。光線束は、チャンバＫの上部分を通過する時、電極Ｅ６がアクティブにされる場合は双方の偏光成分ＴＥ及びＴＭに対して同一の追加の位相ずれを与えられる。
【００８１】
これは、制御手段（不図示）が一方の電極対をアクティブにして相対位相を変調し、他方の電極対をアクティブにして光線束の全位相を変調し、入射光線束の複素変調を達成することを意味する。
【００８２】
図９ａ及び図９ｂ、図１０ａ及び図１０ｂは、ＥＷセルのチャンバＫの透明部分ＴＢにおいて界面のメニスカスを平坦化する手段を含む。
【００８３】
電極対Ｅ３及びＥ４は、アクティブにされると、初期位置から離れるように透明部分ＴＢにおける界面を変位させ、それにより、メニスカスを形成する。図９ａ及び図１０ａを参照すると、入射光がそのメニスカスに入射した場合、カバープレートを通ってＥＷセルから出射する波面は湾曲形状を有する。しかし、平面波面は、３Ｄ物体のホログラフィック再構成に対して必要とされる。
【００８４】
透明部分ＴＢにおいてメニスカスを平坦化するために、周囲の電極は側壁に配設され、界面と側壁との間で接触角９０°を実現するように電圧により制御される。これは、流体間の平面界面の原因となるため、平面波面はＥＷセルから出射する。接触角が温度に依存するため、周囲の電極の制御電圧は温度変化に更に適応される。
【００８５】
透明部分ＴＢにおける界面を平坦化するために、９０°の接触角及び平面界面が作成されるように、側壁の表面が被覆又は変更されることが更に可能である。
【００８６】
図９ｂに示すように、マイクロレンズＭがＥＷセルの透明部分ＴＢの出射点に配設される場合、これらの手段は側壁の表面の被覆又は変更なしで行なわれる。レンズの屈折力は、メニスカスにより発生する波面湾曲を補償するように選択されるべきである。マイクロレンズＭの開口部は、出射光線束の横断面と同一の大きさが選択される。開口部を規定する場合、一般に温度を操作する時に発生するメニスカスは考慮されるべきである。
【００８７】
マイクロレンズＭは、カバープレート上に配設されるか又はカバープレートに組み込まれてもよい。図１０ｂは、２つの透明部分に対する後者のオプションを示す。このために、グレーデッドインデックスレンズ（ＧＲＩＮレンズ）を更に使用できる。
【００８８】
図９ａ、図９ｂ、図１０ａ及び図１０ｂの矢印は、ＥＷセルを通る光線束の光路を示す。図中、ＥＷセルを越えた曲線及び平面線は、変調光線束の形状を示す。
【００８９】
例えば、光線束がＥＷセルを通過後、それらの光線束を合成する光学手段を通る場合、界面の平坦化は不要である。それらの光学手段は、平面波面を作成するように設計、構成の少なくともいずれかがなされる。
【図１ａ】
2010079297.tif 000003
【図１ｂ】
2010079297.tif 000004
【図２】
2010079297.tif 000005
【図３】
2010079297.tif 000006
【図４】
2010079297.tif 000007
【図５】
2010079297.tif 000008
【図６】
2010079297.tif 000009
【図７】
2010079297.tif 000010
【図８】
2010079297.tif 000011
【図９ａ】
2010079297.tif 000012
【図９ｂ】
2010079297.tif 000013
【図１０ａ】
2010079297.tif 000014
【図１０ｂ】
2010079297.tif 000015
【外国語明細書】
Lightmodulation device
The present invention relates to a modulation device with a modulator matrix for modulating coherent light. The modulator matrix comprises an array of cells which work according to the electrowetting principle. An electrowetting cell comprises at least one chamber with at least two immiscible fluids which are separated by a controllable interface, and pairs of electrodes comprising internal and external electrodes, which are activated by control means. The external electrodes are disposed on the side walls of the chamber, and the internal electrodes are disposed inside the chamber. At least one pair of electrodes controls the interface. 
The field of application of the present invention covers e.g. holographic display devices, such as holographic displays which can be used to reconstruct a three-dimensional object (3D object) which consists of multiple object points. Such a holographic display is designed such that either multiple observers are simultaneously displayed the same 3D object, or that the observers can simultaneously watch different, individually selected programmes independently of each other.
According to their actual requirement profile, modulator devices comprise a modulator matrix for modulating either the phase or amplitude of almost coherent light in the cells of this modulator matrix. Further, it is known in the prior art to combine two modulator matrices so to form a double modulator in order to be able to modulate both amplitude and phase of the incident coherent light simultaneously. These devices which realise a modulation with complex values allow better results to be achieved e.g. when object reconstructions in holographic displays are generated. However, in such a combined device, mutually assigned modulator cells have offsets along the optical axis or perpendicular to the optical axis which cannot be neglected, and which cause for example reconstruction errors when reconstructing a three-dimensional object.
This adverse side-effect can be overcome by integrating controllable electrowetting cells (EW cells), which can be used either in addition to or instead of the modulator matrix in the modulator device. EW cells further have the advantage that they are able to realise short switching times.  
EW cells are preferably be designed in the form of a chamber which is connected with control electrodes. This cell is filled with at least two immiscible fluids which differ in their refractive index, where one of the fluids is an electrically conductible medium. The interface (meniscus) between the fluids can turn for example into the form of a prism or lens for deflecting or projecting pencils of rays under the influence of an applied voltage.
For example, the volumes of the fluids can be moved from the EW cell to other spaces which are communicating with the EW cell in order to obtain the required interface shapes and positions. Such displacements are effected for example by pumps which are connected with the EW cell or by means which cause a capillary effect in at least one of the fluids.
These modulator devices with EW cells are designed to suit special applications. Used as modulators, they typically modulate only one property of the light.
Document WO 2004/027490 A1 proposes a switchable optical element with an EW cell for scanners, which comprises two fluids and a wave front modifier. The volume of the fluids is moved e.g. into annular chambers. The wave front modifier has different surface profile structures for phase modulation. Depending on the applied voltage, the surface profile of the wave front modifier is embedded either by the first or by the second fluid, which have different refractive indices. The refractive efficiency of a Fresnel zone lens depends on their fix grid periods and on the actual refractive index shift. If the refractive index of the embedding material changes, the ratio of non-diffracted light and diffracted light and thus the luminous intensity in the focus will be modified. The focus can thus not be changed continuously. The focus for the individual wavelengths (CD: 780 nm, DVD: 650 nm, blue-ray: 405 nm) lies in different depths. 
Thanks to the wave front modifier, the EW cell can change phase shifts of the diffracting structures in order to optimise these for the various wavelengths. This can be used to quickly scan information which is stored in different, discrete depths in a medium. However, this arrangement is not suitable for reconstructing object points of a three-dimensional object with its variable depths. 
Further, Ch. Grillet et al. describe in “Optofluidics enables compact tuneable interferometer”, published on 1 Feb 2005, the use of fluids for optical modulation in a modified Mach-Zehnder interferometer (MZ interferometer).
A conventional MZ interferometer normally divides a pencil of rays into two spatially separated components, thus generating a phase shift between the two, which can for example be used for targeted phase modulation. In the modified MZ interferometer according to Grillet et al., the pencil of rays is split by way of aperture division. The pencil of rays propagates between the ends of two single-mode optical fibres (SMF), which include a capillary vessel which is disposed at right angles to the direction of propagation. The meniscus between a fluid and air is created in the capillary vessel, where its shape and position affect the pencil of rays which passes through it. Because one portion of the pencil of rays propagates in air while another portion propagates in the fluid, a path length difference occurs and the two portions of the beam are recombined with a phase shift. This phase shift causes the transmittance of the pencil of rays to be modified. The transmittance is lowest at a centred meniscus. The further the meniscus moves away from the centre of the pencil of rays, the greater is the transmittance. The position of the meniscus can be adjusted with the help of the electrowetting effect, which allows fast modulation.
The disadvantage of this arrangement is the occurrence of light loss caused by the reflection of the light at the boundary surfaces between the individual materials used, i.e. silicon, air, water, air, silicon. The disposition of the menisci at right angles to the direction of light propagation also causes the wave fronts to be deformed, which makes an application of this solution for amplitude or phase modulation of light in holographic display devices difficult if not impossible. It would not be possible to obtain an error-free reconstruction of an object with this arrangement.
Now, the object of the present invention is to provide a light modulation device based on the electrowetting principle with cell sections which are able to modulate the phase or amplitude, or both simultaneously as a complex value, of incident light. The cell sections shall be of a simple design, fast-switching, and it shall be possible to manufacture them as arrays in series production. Further, the light modulation device shall be designed such that the modulated light forms a plane wave front so that the device can be used in a holographic display device for the reconstruction of three-dimensional objects.
The light modulation device is based on a matrix arrangement of electrowetting cells, where an electrowetting cell (EW cell) comprises at least one chamber with at least two fluids, which are separated by an interface, and electrode pairs which can be activated by control means, where external electrodes are disposed on the side walls of the chamber and internal electrodes are disposed inside the chamber, and where at least one electrode pair controls the level of the interfaces in the chamber.
According to the present invention, this object is solved by the light modulation device in that
- The internal, mutually functionally independent electrodes inside the chamber are disposed parallel to each other such that the chamber is divided by them into two communicating sections with two controllable interfaces, where at least one section is transparent and forms the light path for incident pencils of rays, and
- When at least one electrode pair is activated the interfaces in the two sections have mutual positions such that the path length of the pencils of rays when passing the transparent section are modified in relation to an initial value.
In order to be able to achieve different modulations of the incident pencils of rays, the chamber is fitted with an upper cover plate and a lower cover plate, which have transparent sections in the light path. Each side wall of an EW cell is advantageously assigned with an external electrode through which the increase in temperature, which occurs when a voltage is applied, can be compensated.
According to a first embodiment of the EW cell, a phase modulation is achieved in that the change in the path length of the pencils of rays which exit the chamber corresponds with a relative phase shift. This can be realised with the help of an arrangement where an internal electrode is disposed at a given inclination relative to an external electrode, thus forming an electrode pair.
According to another embodiment for relative phase shift, one external electrode is assigned not only to one internal electrode but to multiple internal electrodes which are disposed parallel to each other. This serves to improve the capillary effect of the fluids in the section of the chamber which does not lie in the light path, so that the level of the interfaces can be displaced more quickly.
According to a first embodiment for amplitude modulation, the same components and arrangements can be used as described for the first embodiment for phase modulation. However, one fluid in the chamber must be dyed in order to influence the intensity of the pencils of rays. In addition to the relative change in the path length of the pencils of rays in the optical path, the intensity of the pencils of rays is modified, thus realising an amplitude modulation.
If both the dyed, light-absorbing fluid and the transparent fluid have the same refractive index for a given wavelength, it is only the amplitude and not the phase that is modulated.
According to a second embodiment for realising amplitude modulation, one fluid in the chamber contains a birefringent material which is given an orientation in at least one section if a voltage is applied. At the same time, the relative phase of the two polarisation components of the incident pencil of rays, namely TE and TM component, is modulated. The applied voltage changes the level of the interface in the transparent section and thus the optical path length of the pencil of rays. The absolute value of this change is generally greater than the absolute value of the change in the relative phase.
A number of means can be applied to affect the orientation of the birefringent material.
On the one hand, the birefringent material can be oriented in an electric or magnetic field which acts on the chamber. For this, the birefringent material must have an electric or magnetic dipole moment.
On the other hand, the inner surface of the chamber can be structured in order to orient the birefringent molecules. The texture which effects for example the orientation of attached liquid crystals can be applied on the inside of the cover plate and/or on the inside of the side walls of the optically active section.
Further, a polarisation state must be defined at the point of entry to the EW cell, and an analyser must be disposed at the point of exit. This requirement is fulfilled e.g. by polarisation filters which are disposed both in front of and behind the electrowetting cell.
In order to realise an amplitude modulation after the recombination of the two pencils of rays outside the EW cell, the level of the interface is adjusted by the electrode pairs in both sections such that there is a phase difference with same absolute value but different sign in each section.
The necessary recombination of two pencils of rays whose phase has been modulated only can be done with the help of an optical integrator rod at the exit of the modulating elements, i.e. of the EW cell. The length of the optical integrator rod necessary for homogenisation of the light can be reduced by a slightly diffusing surface or by diffractive and/or refractive optical elements at the point of entry of the optical integrator rod. A diffusing surface can also be provided preferably at the exit of the optical integrator rod.
According to one embodiment for complex modulation of incident pencils of rays, the device comprises a chamber with an additional, third fluid with different refractive index, and another arrangement of electrode pairs, where one arrangement of electrode pairs serves to modulate the relative phase between TE and TM polarisations and the other arrangement of electrode pairs serves to modulate the total phase. At least one of the three fluids is a birefringent substance. The relative phase between TE and TM polarisations corresponds with the amplitude of the pencil of rays as present downstream the analyser. 
According to yet another embodiment of the invention, the chamber of the electrowetting cell can be designed such to follow the principle of the Mach-Zehnder interferometer.
A Mach-Zehnder arrangement represents a third embodiment for amplitude modulation in the EW cell. For this, the two sections of the chamber are transparent. 
The interfaces between the two sections are adjusted by activating at least one electrode pair such that the pencils of rays pass through two different path lengths in these sections. The change in the path length within these two sections relative to an initial value results in a relative phase difference between the pencils of rays.
If the pair of electrodes adjusts the level of the interfaces in the two sections such that a phase difference of the same absolute value but with different sign is generated in each section, the pencils of rays exhibit an amplitude modulation after their recombination. The amplitude value can be adjusted to any value in a range of between zero and the maximum intensity.  
Further, the Mach-Zehnder arrangement in the EW cell can be used for phase modulation.
For this, the chamber comprises two communicating sections with interfaces, where one section lies in the optical path and the other section is impermeable to light. The impermeable section is controlled by at least one pair of electrodes such that the interface which lies in the light path is moved such that a change in the path length of the passing pencils of rays is effected which corresponds to a relative phase shift for phase modulation.
A first embodiment for complex modulation is also based on a Mach-Zehnder arrangement.
Preferably, two identically designed, adjacent chambers with a Mach-Zehnder arrangement each are functionally united so to form one EW cell. Two adjacent sections of the two chambers lie in the optical path.
Pairs of electrodes additionally move the interfaces of the adjacent sections in the two chambers which lie in the optical path independently of each other in order to achieve an additional phase shift of the pencils of rays in addition to the relative phase shift which is generated in each chamber so to realise a complex modulation.
Pairs of electrodes move the interfaces in the sections in each chamber when activated by the control means and change the path lengths of the passing pencils of rays independently of each other. The pencil of rays which is formed as the sum of these two pencils of rays after their passage through the two chambers is thus modulated complexly.
According to a second embodiment for complex modulation, the Mach-Zehnder interferometer is realised in the EW cell by two mutually independently controllable adjacent chambers with three fluids each. When controlled by the control means, the interfaces of the fluids in each chamber form a coplanar plate which show different inclinations in the adjacent chambers in order to complexly modulate the passing pencils of rays. 
In order to obtain a plane wave front for a holographic reconstruction of a 3D object, the transparent section can comprise means for flattening the interface. For example, a circumferential electrode can be disposed in the transparent section whose control voltage generates a contact angle of 90° between interface and side wall.
The surface of the side walls within the transparent section of the EW cell can alternatively preferably be coated in order to get a plane interface.
In order to get a plane exit wave front, a micro-lens can be disposed e.g. at the point of exit of the EW cell, where the aperture of that lens corresponds with the cross-section of the exiting pencils of rays.
The inventive modulator device based on EW cells which take advantage of capillary forces for variably adjusting given interfaces between the fluids of the EW cell boasts a number of advantages compared with prior art light modulation devices.
The individual EW cells have a simple design and can be made very small. The minimum volume of fluids which must be moved in them allows the shape and/or position of the interfaces to be changed very quickly. Thanks to their simple design, they can be manufactured inexpensively and in series production in the form of arrays in several sizes. A number of material combinations are available as fluids, depending on the actual application.
These advantages makes them applicable for modulating phase, amplitude or complex values of coherent pencils of rays in many fields of technology. They are particularly suited for holographic display devices for reconstructing a three-dimensional object which is represented by a very large number of individual object points. 
Fig. 1a, 1b show two embodiments of an EW cell for phase modulation of coherent pencils of rays;
Fig. 2 shows an embodiment of an EW cell for amplitude modulation;
Fig. 3 shows an embodiment of an EW cell based on a Mach-Zehnder interferometer for modulating pencils of rays; 
Fig. 4 shows an embodiment of an EW cell for amplitude modulation according to Fig. 3;
Fig. 5 shows an embodiment of an EW cell for complex modulation according to Fig. 3;
Fig. 6 is a top view showing an embodiment where coplanar plates are formed in the Mach-Zehnder arrangement for complex modulation;
Fig. 7 shows an embodiment according to Fig. 5 together with an arrangement for recombining divided pencils of rays;
Fig. 8 shows a further embodiment of an EW cell for complex modulation;
Fig. 9a, 9b are modifications of Fig. 1a; and
Fig. 10a, 10b are modifications of Fig. 4.
The light modulation device according to this invention will now be explained in more detail with the help of embodiments. The accompanying drawings are schematic sectional views.
With the exception of Fig. 6, all Figures show front views of the EW cells in a simplified, schematic manner, but with all details which are essential for the comprehension of the invention. A multitude of these EW cells are arranged in a matrix so to form an array for light modulation. Further essential components of the device according to this invention are pairs of electrodes which are activated by control means. Additional components may be necessary depending on the kind of modulation.
Each EW cell comprises a chamber with internal and external electrodes, where the internal electrodes are preferably of a transparent nature. At least two immiscible fluids which differ in their refractive index are separated by an interface. A fluid can be a liquid, a gel or a gaseous medium. One fluid of two adjacent fluids is always electrically conductive and can thus be controlled by electrodes. Seen in the direction of light propagation, the first fluid is here the conductive fluid, it is characterised by a defined potential. This potential can for example be applied on the inside of a cover plate. The side of the cover plate which faces the electrically conductive fluid is then for example coated with a transparent electrode.
A change in the level of the interface in the light path shall be understood as a change in the filling level of the conductive fluid in the chamber, where said change is achieved by activating one or multiple electrode pairs. The optical path of the pencils of rays always runs through the transparent section of a chamber. The optical paths of the incident pencils of rays are indicated by arrows.
Fig. 1a shows the chamber of an EW cell in a sectional front view. The chamber comprises side walls with external electrodes E1 and E4, an upper cover plate and a lower cover plate. The upper cover plate is transparent, while the lower cover plate has a transparent section and a non-transparent section. An arrangement of two internal electrodes E2; E3 extends from one side wall to the opposite side wall, thus dividing the chamber into two sections.  The fluids in the two sections are communicating. The section which is confined by the pair of electrodes E1; E2 lies in the optical path and represents the optically active section. The pencils of rays are prevented from entering the other section by the non-transparent section of the cover plate. Here, the internal electrode E3 is disposed at a given inclination to the outer electrode E4. The electrodes E3 and E4 form a controllable pair of electrodes. The inclination narrows the gap between the two electrodes, thus strengthening the capillary effect between them.
In Fig. 1b, multiple electrodes E3 which are arranged in parallel replace the pair of electrodes E3, E4 of Fig. 1a. The electrodes are all supplied with the same voltage. Depending on the applied voltage, the level of the interface between the electrodes E3 can be varied continuously, which effects a change in the level of the interface in the optical path.
The change in the position of the interface in the optical path in Fig. 1a and Fig. 1b results for example in an increase of the portion of the optically more dense fluid in the transparent section, thus changing the path length of the pencil of rays relative to an initial value. After passing the chamber, the pencil of rays exhibits a given phase shift, which depends on the change of the path length. In both Figures, an arrow indicates the direction of propagation of the incident pencils of rays.
Each side wall of the EW cell is preferably assigned with an external electrode. A change in temperature affects the contact angle and thus the curvature of the interface between the fluids. If the applied voltage is controlled accordingly, the curvature of the interfaces can be kept constant, preferably plane, even if the temperature changes.
The EW cell shown in Fig. 1a and Fig. 1b can also be used for amplitude modulation if a dyed fluid is used. The dyed fluid can for example be a light-absorbing oil. The intensity of the passing pencils of rays then changes in dependence on the adjusted level of the dyed fluid in the chamber.
An EW cell according to Fig. 1a or Fig. 1b can also be used for amplitude modulation if the electrically conductive fluid is a birefringent substance.
The embodiment illustrated in Fig. 2 is based on the EW cell of Fig. 1b, but the first fluid is a birefringent substance. In addition, the EW cell comprises polarising components on its light entry and exit sides, e.g. a polarisation filter comprising a polariser P1 and an analyser P2. The directions of polarisation of the pencils of rays which are generated by these polarisation components are indicated by arrows.
The polariser P1 on the entry side of the chamber or EW cell serves to define the polarisation of the incident light, which can be for example linear, circular or elliptic. It will become superfluous if the incident light already has a defined polarisation when it enters the chamber. The analyser P2 at the exit of the chamber or EW cell can have any orientation. The EW cell is preferably designed such that the light has a linear polarisation beyond the birefringent fluid in a non-energised condition of the cell. The orientation of the analyser P2 must then be chosen such that the transmittance has a minimum. This has the advantage that if defects occur in the EW cell, a permanently dark cell is less disturbing than a permanently bright cell.   
As described above, the incident pencil of rays is given a phase shift. A structured surface of the bottom and/or side walls of the chamber, or an electric or magnetic field serves to orient the birefringent fluid. The polariser can for example define an entry polarisation. It can be seen as the sum of a TE component and a TM component of the polarisation of the light, where the TE component and the TM component are mutually orthogonal components.
Generally, a change occurs in the optical path length in the chamber, and the absolute value of that change is greater than the absolute value of the change in the relative phase.
The orientation of the birefringent fluid, which is for example effected by an electric field applied at least to the transparent section of the chamber, causes different optical path lengths for the TE component and the TM component of the polarised pencils of rays. A change in the level of the interface in the transparent section causes a change in the relative phase between TE polarisation and TM polarisation there, thus effecting a change in the polarisation state which results from the superposition of the two. Since the analyser P2 only lets through a defined polarisation state of the pencils of light, the change of the polarisation state before the analyser P2 corresponds with a change in transmittance which is observed behind the analyser P2.
Applying an electric voltage such to cause a change in the level of the birefringent fluid in the transparent section of the chamber thus causes an amplitude modulation behind the analyser.
The EW cells of Figs. 1a, 1b and 2 can be realised such that the optical axis lies in the optical path and forms a symmetry axis of the electrowetting cell. The transparent section of the EW cell is then for example be surrounded by a number of pumping chambers, or by a circumferential pumping chamber.
Fig. 3 shows a general embodiment of an EW cell which is based on the principle of a Mach-Zehnder interferometer, and which can be designed such that is serves for amplitude and phase modulation and for the modulation with complex values of incident coherent pencils of rays.
The EW cell with a Mach-Zehnder arrangement has a rectangular cross-section here in this example and comprises side walls, an upper cover plate and a lower cover plate. The chamber of the EW cell is divided by an arrangement of electrode pairs E1; E2 into two preferably identically sized sections where two immiscible fluids are communicating. The fluids are separated by an interface. A change in the level of the interface by activating the pair of electrodes of at least one section affects the level of the interface in the other section. Depending on the desired kind of modulation of the pencils of light, at least one section of the chamber is designed as a transparent, optically effective light path. A rising or falling level of the first fluid, and thus a change in the position of the interface effects a change in the path length of the pencil of rays when covering the optical path.  
In order to get a phase-modulating electrowetting cell, only one section of the chamber must be transparent for incident pencils of rays in Fig. 3. The interface between the fluids is displaced specifically relative to each other in both sections when the two electrode pairs E1; E2 are activated. The voltage change here is equivalent to the displacement of the interface. The displacement changes the path length of the pencils of rays in the transparent section, so that the pencil of rays is given a phase shift. 
In the transparent section, the voltage will only be constant if the interface is meant to be plane in that section, i.e. if no meniscus is to be generated.
However, for example the pair of electrodes which embraces the non-transparent section could alternatively be activated to effect a phase modulation.
Moreover, it is also possible to keep both sections of the chamber transparent and to generate a voltage change in both sections, which can also be described as “push-pull mode”. The optical path length of the pencils of rays which pass through the electrowetting cell is mutually changed so to create the desired phase shift. An additional phase effect will occur if the interfaces in the two sections are not plane. EW cells of such a design are suitable for creating small apertures with diameters of less than 1 mm, where this phase effect can be neglected. This type of EW cell allows a higher refresh rate to be achieved.
According to Fig. 4, both sections of the EW cell are transparent for amplitude modulation. The arrangement of electrodes, which comprises two electrode pairs E1 and E2, is activated by control means such that a phase shift by the same absolute value is realised in the two sections by displacing the interfaces. However, the absolute value has opposing signs in the two sections. Here, the first fluid which is hit by the incident pencil of rays has a greater refractive index than the second one. Being the controlled variable, the phase shift causes the intensity to range between full superposition and extinction, depending on the applied voltage. The achieved relative phase shift is characterised by Δφ.
A complex modulation or a phase modulation can be realised with an EW cell which comprises two chambers K1 and K2 which are disposed side by side and which have a Mach-Zehnder arrangement each. This combination is shown schematically in Fig. 5.
The respective outer sections of the combined EW cell are non-transparent to light, e.g. by blackened areas in the upper and lower cover plates. The pencils of rays pass two inner, transparent sections of the chambers K1 and K2, which are separated by a partition wall. In these sections, the levels of the interfaces are positioned independently of each other by independently controllable pairs of electrodes from an initial level to different target levels. The combination of the different levels causes pencils of rays to cover different path lengths in the two optical paths. This means that a different phase shift is generated in each of the chambers K1 and K2. After their passage through the EW cell, the two pencils of rays are recombined and are complexly modulated. The complex modulation of the electromagnetic field of the light is defined by a modulation of the phase which is common to the two pencils of rays, and by a modulation of the phase difference between the two pencils of rays, the relative phase shift Δφ.
Fig. 6 shows an embodiment for complex modulation based on a Mach-Zehnder arrangement where an EW cell comprises two independently controllable, adjacent chambers K3; K4 with three fluids each. Both chambers represent optically effective, transparent sections. Two adjacent fluids in the chambers are immiscible.
The interfaces in each of the chambers K3; K4 are controlled by control means (not shown) such that they exhibit the same inclination and that the centrally situated fluid forms a coplanar plate. Two control signals are required only for each of the chambers K3; K4 to control the interfaces accordingly. 
The coplanar plate in one chamber is adjusted such to have an inclination which is different from that in the other chamber. The change in inclination of one coplanar plate corresponds with a change in the optical path length of the pencils of rays in that chamber and thus with a phase shift. After their exit from the chambers K3; K4, the pencils of rays with their phase difference are superposed so to achieve a complex modulation. The resultant amplitude is defined with the help of the relative phase difference Δφ between the two transparent areas. The phase of the superposed pencils of rays can be changed without changing the resultant amplitude value by generating the same change in the optical path length in the two adjacent sections by activating both pairs of electrodes accordingly. The relative phase of the two superposed pencils of rays is thereby not changed. This makes it possible to achieve a complex modulation of the pencils of rays. 
Fig. 7 illustrates another arrangement for complex modulation based on the Mach-Zehnder arrangement shown in Fig. 5. Again, the EW cell comprises two independent chambers K1; K2, each with adjustable interfaces in two adjacent transparent sections which lie in the optical path. The outer sections of the combined EW cell are non-transparent to light.
The interfaces in the sections of chamber K1 are adjusted to certain levels independently of the interfaces in the adjacent chamber K2 by individually activating the respective pairs of electrodes in those chambers. The adjusted displacement of the interfaces in the transparent sections of the two chambers K1; K2 causes the path lengths covered by the pencils of rays to be different after their exit from the EW cell. This is illustrated by the staggered arrangement of the arrows which represent the pencils of rays beyond the cover plate. The pencil of rays which is formed as the sum of the two pencils of rays is modulated complexly.  
As shown in Fig. 7, after exiting the modulating EW cell, the two pencils of rays hit a telescopic arrangement of two micro-lenses which serve to recombine them. A diffusing material is disposed in the focal point of the first lens, said material preferably having an aperture on the optical axis. If the second lens has a greater focal length than the first lens (f1 ＜ f2), this arrangement will enlarge the cross-section of the pencil of rays (enlargement factor V ＝ f2／f1). In a matrix arrangement of EW cells, this can serve to improve the fill factor of the complexly modulating EW cells. Purposefully dimensioned apodisation profiles t(x,y) of individual EW cells in conjunction with a fill factor FF of ＞ 0.7 are well suited to suppress undesired diffraction orders of the incident pencils of rays. In particular, diffraction orders which would hit an eye that is situated near a generated visibility region can be suppressed. An enlargement of the cross-section of the pencil of rays after its passage through the matrix arrangement is thus preferred. 
Fig. 8 illustrates another embodiment of an EW cell for complex modulation which is based on the EW cell shown in to Fig. 2. 
In contrast to Fig. 2, the chamber K comprises in addition to the first and second fluid a third fluid with a different refractive index n3, e.g. a weak solution of salt in water. One of the three fluids is a birefringent substance; here this is the first fluid with the refractive index n1. The second fluid is non-conductive, e.g. an oil with the refractive index n2.
In addition to the electrode arrangement with the pair of electrodes E1; E2 and the single electrodes E3, another electrode arrangement with the pair of electrodes E4; E5 and the single electrodes E6 is provided in the chamber K. The two electrode pairs E1; E2 and E4; E5 confine the transparent section of the chamber K and generate coplanar interfaces between adjacent fluids if they are activated. The plane interface is necessary to create a plane wave front for a holographic reconstruction. It is therefore advantageous to dispose multiple electrodes in the side walls of the EW cell, for example.
In another embodiment, the electrodes E3 and E6 can also be replaced by an arrangement as detailed in Fig. 1a.
A polariser P1 and an analyser P2 define the polarisation state of incident and exiting light. The pencil of rays which is incident into the lower section of the chamber as indicated by an arrow will be given a relative phase shift by the first, birefringent fluid if the electrodes E3 are activated. This means that the phase shift is different for the TE component and the TM component. In conjunction with the analyser P2, the relative phase shift defines the amplitude with which the pencil of rays leaves the EW cell. When it passes the upper section of the chamber K, the pencil of rays will be given an additional phase shift which is identical for both polarisation components TE and TM if the electrodes E6 are activated.
This means that the control means (not shown) activate one pair of electrodes to modulate the relative phase and the other pair of electrodes to modulate the total phase of the pencils of rays so to achieve a complex modulation of incident pencils of rays.
Fig. 9 and Fig. 10 show means for flattening a meniscus of the interface in the transparent section TB of a chamber K of the EW cell.
When it is activated, the pair of electrodes E3; E4 displaces the interface in the transparent section TB away from its initial position, thus forming a meniscus. Referring to Fig. 9a and Fig. 10a, if the incident light hits this meniscus, the wave front which exits the EW cell through the cover plate will have a curved shape. However, a plane wave front is required for a holographic reconstruction of 3D objects.
In order to flatten the meniscus in the transparent section TB, a circumferential electrode can be disposed in the side wall and controlled with a voltage such to realise a contact angle of 90° between interface and side wall. This causes a plane interface between the fluids, so that a plane wave front leaves the EW cell. Since the contact angle is temperature-dependent, the control voltage for the circumferential electrode can also be adapted to a temperature change.  
In order to flatten the interface in the transparent section TB, it is also possible for the surface of the side walls to be coated or modified such that a contact angle of 90° and thus a plane interface is created.
These means can be done without if a micro-lens M is disposed at the point of exit of the transparent section TB of the EW cell, as shown in Fig. 9b. The refractive power of that lens should be chosen such to compensate the wave front curvature effected by the meniscus. The aperture of the micro-lens M is chosen as large as the cross-section of the exiting pencils of rays. When defining the aperture, the meniscus which typically occurs at operating temperature should be taken into consideration.
The micro-lens M can be disposed on the cover plate or be integrated into the cover plate. Fig. 10b shows the latter option for two transparent sections. It is also possible to use graded index lenses (GRIN lenses) to this end.
The arrows in Fig. 9 and Fig. 10 indicate the path of the pencils of rays through the EW cell. The curved and plane lines beyond the EW cells indicate the shape of the modulated pencils of rays in the Figures.
Flattening the interface is not necessary if the pencils of rays run though optical means which combine them, for example, after their passage through the EW cell. These optical means are then designed and/or arranged such to create plane wave fronts.
Claims
1.  Device for light modulation with a matrix arrangement of electrowetting cells, where an electrowetting cell (EW cell) comprises at least one chamber with at least two fluids, which are separated by a controllable interface, and electrode pairs which can be activated by control means, where external electrodes are disposed on the side walls of the chamber and internal electrodes are disposed inside the chamber, and where at least one electrode pair controls the interface, characterised in that
- The internal, mutually functionally independent electrodes inside the chamber are disposed parallel to each other such that the chamber is divided by them into two communicating sections with two controllable interfaces, where at least one section is transparent and forms the light path for incident pencils of rays, and
- Where at least one electrode pair is activated the interfaces in the two sections have mutual positions such that the path length of the pencils of rays when passing the transparent section are modified in relation to an initial value.
2.  Device according to claim 1 where the modified path length of the pencils of rays which leave the chamber (K) corresponds to a relative phase shift, which can be used for phase modulation. 
3.  Device according to claim 1 where an internal electrode (E3) is disposed at a given inclination to the outer electrode (E4) or where an external electrode (E2) is assigned to multiple, parallel internal electrodes (E3) in order to strengthen the capillary effect in the section of the chamber (K) which does not lie in the optical path.
4.  Device according to claim 3 where one fluid in the chamber (K) is additionally dyed so to change the intensity of the pencils of rays.
5.  Device according to claim 3 where one fluid contains a birefringent material which is given an orientation by applying a voltage said orientation at the same time modifies the path length of the incident pencil of rays, where the phases of the TE polarisation component and of the TM polarisation component of the incident pencils of rays are modulated relative to each other.
6.  Device according to claim 5 where the birefringent material is given an orientation by turning on an electric or magnetic field or by structuring the inside surface of the chamber (K) or where there is a defined polarisation state at the point of entry to the EW cell, and where an analyser (P2) is disposed at the point of exit of the EW cell.
7.  Device according to claim 5 where the level of the interface is positioned by the electrode pairs (E1; E2; E3) in both sections such that there is a phase difference with same absolute value but different sign in each section, so that an amplitude modulation is realised by the recombined pencils of rays with this phase difference after their passage through the two sections.
8.  Device according to claim 5 where a matrix of oriented polariser strips is additionally disposed at the point of entry, and where a diffuser means in conjunction with a optical integrator rod and an analyser are disposed at the point of exit of the EW cell, in order to additionally generate two differently polarised states of the pencils of rays so to achieve amplitude modulation.
9  Device according to claim 1 where the chamber (K) of the electrowetting cell is for light modulation designed such to follow the principle of the Mach-Zehnder interferometer and where the transparent section (TB) of the chamber (K) includes means for flattening the interface.
10.  Device according to claim 9 where the chamber (K) comprises two communicating sections with interfaces, where one section lies in the optical path and the other section is non-transparent for light and controlled by at least one pair of electrodes such that the interface which lies in the optical path is moved such that a change in the path length for the passing pencils of rays is effected which corresponds with a relative phase shift for phase modulation.
11.  Device according to claim 9 where the two sections of the chamber (K) which lie in the optical path realise an amplitude modulation when they are controlled by an electrode pair.
12.  Device according to claim 10 which in conjunction with an additional, identical chamber forms an EW cell where pairs of electrodes additionally displace the interfaces of adjacent sections in the two chambers (K1; K2) which lie in the optical path independently of each other in order to achieve an additional phase shift of the pencils of rays in addition to the relative phase shift which is generated in each chamber so to realise a complex modulation.
13.  Device according to claim 9 where the Mach-Zehnder interferometer is realised in the EW cell by two mutually independently controllable adjacent chambers (K3; K4) with three fluids each where, when controlled by the control means, the interfaces of the fluids form a coplanar plate in each chamber (K3; K4), said coplanar plates showing different inclinations in adjacent chambers in order to modify the path lengths of the passing pencils of rays and to realise a complex modulation.
14.  Device according to claim 6 which for a complex modulation of incident pencils of rays additionally comprises a third fluid of a birefringent substance and another arrangement of electrode pairs, where one arrangement of electrode pairs serves to modulate the relative phase between TE and TM polarisations and the other arrangement of electrode pairs serves to modulate the total phase.
15.  Device according to claim 1 where in order to get a plane exit wave front a micro-lens (M) is disposed at the point of exit of the EW cell, where the aperture of that lens corresponds with the cross-section of the exiting pencils of rays.
Abstract
With the modulation device based on electrowetting cells (EW cells), phase or amplitude or both simultaneously as a complex value of incident light shall be modulated in each EW cell.
An EW cell of the modulation device comprises at least one chamber with at least two fluids which are separated by an interface, external and internal electrodes which form electrode pairs which can be activated by control means, where at least one electrode pair controls the level of the interfaces in the chamber. 
According to the present invention, the internal, mutually functionally independent electrodes inside the chamber are disposed parallel to each other such that the chamber is divided by them into two communicating sections with two controllable interfaces, where at least one section is transparent and forms the optical path. 
To effect a phase modulation, when at least one electrode pair is activated, the interfaces are mutually displaced such that the path length of the pencils of rays is changed compared with an initial value. Other kinds of modulation can be achieved with the help of additional means.
The fields of application include light modulation devices for example in holographic displays.
Fig. 1b
2010079297.tif 000016
2010079297.tif 000017
2010079297.tif 000018
2010079297.tif 000019
2010079297.tif 000020
2010079297.tif 000021
2010079297.tif 000022
2010079297.tif 000023
2010079297.tif 000024
2010079297.tif 000025
2010079297.tif 000026
2010079297.tif 000027
2010079297.tif 000028